p1 ac dc no controlats 2015

7/23/2019 P1 AC DC No Controlats 2015

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GrETI. Prácticas de Convertidores 1

PRÁCTICAS DE

CONVERTIDORES

PRÁCTICA 1

Rectificadores no controlados

Vers. 2015

Autor: J. Balcells




1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

En esta Práctica se simulará un convertidor AC/DC (rectificador) trifásico. Se Comentará elcomportamiento del circuito en diferentes puntos de operación y con diferentes tipos de carga (R, RL, RCy RLE). Al finalizar la práctica se deben asimilar los siguientes conceptos:

Conocimiento de la herramienta de simulación (Orcad/Pspice):

- Edición de circuitos. Ajuste de parámetros de simulación. Representación de resultados

- Análisis temporal

- Análisis frecuencial: representación de armónicos

Rectificadores no controlados:

- Conducción continua / discontinua. Valores de tensión de salida.

- Régimen senoidal / no senoidal

- concepto de armónico.

- valores medios y eficaces (RMS)

- potencia activa / reactivaSe recomienda verificar el resultado de las simulaciones con la expresiones teóricas

2 EL RECTIFICADOR NO CONTROLADO

En la Figura 1 aparece el esquema de un rectificador trifásico no controlado con carga R. Se ha añadidouna L de entrada simbolizando la impedancia de la red.

Fig. 1.- Esquema del rectificador no controlado. (Nota: a lo largo de la práctica puede que tenga quequitar o dar valor cero a alguno de los componentes

A título de ejemplo, en la figura 2 se muestran las tensiones del sistema trifásico, V1, V2, V3 de 400Veficaces entre fases, las corrientes de las fases L1, L2, L3 y la tensión de salida en CC con carga R1=5

La figura 3 muestra un detalle del relevo de conducción entre diodos. (conmutación entre fases)

La figura 4 muestra los armónicos de las corrientes de fase y de la tensión Vcc

La figura 5 muestra una tabla de armónicos obtenida por el simulador en el fichero Output

DbreakD1

DbreakD2

DbreakD3

DbreakD4

DbreakD5

DbreakD6

R1

5

L1

{Lred}

1 2

L2

{Lred}

1 2

L3

{Lred}

1 2

0

V1

FREQ = 50VAMPL = {Vred}VOFF = 0PHASE = 0V2

FREQ = 50VAMPL = {Vred}VOFF = 0PHASE = 240

V3

FREQ = 50VAMPL = {Vred}VOFF = 0PHASE = 120

PARAMETERS:

Vred = 325Lred = 10uH

Lcc = 0ECC = 0V

L4

{Lcc}

1

2

V4

{ECC}

R2

0.1

POS

C1

50u

NEG




Fig. 2.- Tensiones y corrientes de red y tensión de salida en el lado de CC con carga R

Fig. 3.- Detalle de la conmutación con carga R y L1, L2, L3=100uH

Time

120ms 125ms 130ms 135ms 140ms 145ms 150ms 155ms 160ms

V(p)- V(n)

400V

500V

550V

600V

SEL>>

I(L1) I(L2) I(L3)

-20A

0A

20A

V(a) V(b) V(c)

-400V

0V

400V

Time

134.50ms 135.00ms 135.50ms 136.00ms 136.50ms 137.00ms 137.50ms 138.00ms 138.50ms134.04ms

V(p)- V(n)

500V

550V

409VSEL>>

I(L1) I(L2) I(L3)

-20A

0A

20A

V(a) V(b) V(c)

-400V

0V

400V




Fig. 4.- Armónicos de las corrientes de fase y de la tensión en CC. Escala logarítmica

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE I(L_L1)

DC COMPONENT = -3.131088E-06

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 5.000E+01 5.918E-01 1.000E+00 -3.631E-01 0.000E+00

2 1.000E+02 1.036E-05 1.751E-05 -1.790E+01 -1.718E+01

3 1.500E+02 1.255E-04 2.121E-04 1.787E+02 1.798E+02

4 2.000E+02 1.041E-05 1.759E-05 1.645E+01 1.791E+01

5 2.500E+02 1.341E-01 2.265E-01 1.783E+02 1.801E+02

6 3.000E+02 6.406E-06 1.083E-05 9.969E+01 1.019E+02

7 3.500E+02 6.684E-02 1.129E-01 1.771E+02 1.797E+02

8 4.000E+02 9.946E-06 1.681E-05 1.593E+02 1.622E+02

9 4.500E+02 1.248E-04 2.108E-04 -3.905E+00 -6.374E-01

10 5.000E+02 9.901E-06 1.673E-05 -1.627E+02 -1.591E+02

11 5.500E+02 5.362E-02 9.062E-02 -4.004E+00 -9.816E-03

12 6.000E+02 6.438E-06 1.088E-05 -8.394E+01 -7.958E+01

13 6.500E+02 3.815E-02 6.447E-02 -5.159E+00 -4.386E-01

14 7.000E+02 1.003E-05 1.696E-05 -2.121E+01 -1.613E+01

15 7.500E+02 1.246E-04 2.106E-04 1.735E+02 1.789E+02

16 8.000E+02 9.756E-06 1.649E-05 1.696E+01 2.277E+01

17 8.500E+02 3.351E-02 5.663E-02 1.737E+02 1.799E+02

18 9.000E+02 6.483E-06 1.095E-05 9.521E+01 1.017E+02

19 9.500E+02 2.667E-02 4.506E-02 1.726E+02 1.795E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.857941E+01 PERCENT

Fig. 5.- Tabla de armónicos de IL1 (Armónicos en red)

- Observe que los armónicos dominantes en el lado de CA son 5, 7, 11, 13 ... (k.6 1)

- Observe que los armónicos en el lado de CC son 6, 12, 18… (k.6)

Frequency

0Hz 0.1KHz 0.2KHz 0.3KHz 0.4KHz 0.5KHz 0.6KHz 0.7KHz 0.8KHz 0.9KHz 1.0KHz

V(p)- V(n)

1.0V

10uV

1.0KV

I(L1) I(L2) I(L3)

1.0A

100nA

100A

SEL>>




3 DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

3.1 Circu ito co n carga R.

a) Ponga R1=5

b) Calcule cual debe ser la amplitud de V1, V2, V3 para que resulte un sistema de 400V eficacesentre fases?. Use este valorcomo amplitud para las fuentes

c) Observe que la conmutación entre diodos no es instantánea. Compruebe y comente qué ocurrevariando los valores de L1, L2, L3 (por ejemplo con 10uH y 100uH)e indique la conclusión a quellega. (Duración de la conmutación , forma de onda de la VCC durante la conmutación,armónicos de las corrientes de línea, etc.)

Nota: Simule en time domain (Transient).

Mediante el botón “Output File Options” seleccione “Perform F ourier Analysis” y seleccione lavariable que quiere analizar. En el ejemplo I(L1) , así podrá obtener tablas de armónicos como en lafig. 5

Fig. 6.- Selección del tipo de análisis y en Output File Options las variables a analizar

3.2 Circu ito co n carga R-L.

Fije R1=5 y LRED a 10uH y añada una inductancia en serie con la R1. Haga pruebas con 100uH y 10mH

Comentar el efecto que produce al cambiar la inductancia de carga en las siguientes magnitudes:

- corriente en el lado CC (dominio temporal y frecuencial)

- corrientes de fase (lado AC) (dominio temporal y frecuencial)

- tensión de salida (lado CC)

- comparar el contenido de armónicos con el caso de carga R. Comentarlo

3.3 Circu ito co n carga R-C.

Quite la inductancia del lado de continua, mantenga la R1=5 y añada en paralelo una rama RC serie conRserie, R2=0,1. Haga pruebas con C=50uF C=500uF y C=5000uF

Comentar el efecto de cambiar la C de la carga en las siguientes magnitudes:

- rizado de la corriente en R1 lado CC (dominio temporal y frecuencial)

- corriente fundamental y armónicos en el lado AC (dominio temporal y frecuencial). Comentar si setiene conducción continua o discontinua en cada uno de los casos

- tensión de salida (lado CC) . Comparar el contenido de armónicos con el caso de carga R

NOTA: Si la simulación no converge puede probar a aumentar la tolerancia de la corriente por ejemplo,poniendo 100pA en vez de 1.0pA (ver fig. 7). También puede iniciar la simulación imponiendo una cargainicial en el condensador de 500V (ver fig. 8).




Fig. 7.- Cambio de tolerancias en la pestaña Options

Fig. 8.- Cambio de condiciones iniciales del C (en IC puede fijar la tensión inicial)

3.4 Circu ito co n carga R-L-E.

Coloque como carga un circuito R-L-E y quite la carga R2-C (este circuito podría simular un cargador debaterías).

Valores iniciales: R1=1, L=100mH, E = haga pruebas con 100V 400V y 550V por ejemplo.

Para 550V reduzca la R1 a 0,1 para tener una corriente significativa

Discutir y comentar los resultados. Sobre todo fíjese en si tiene conducción continua o discontinua.

Notas:

En todas las simulaciones tenga cuidado de que las gráficas no aparezcan como líneas quebradas. Estosuele ser debido a que se simulan pocos puntos. Ponga un tope al hacer el setup de la simulación.

No coja muchos períodos si son todos iguales, o coja más si hay un transitorio inicial

Ponga pies de figura y numérelas

Elija las escalas de los gráficos para que quede claro el concepto que quiera destacar

No ponga “paja” en el informe. Conteste a las cuestiones de forma clara

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